मंगलयान - उत्तरार्ध

अवकाशाच्या निर्वात पोकळीत इतर काही नसले तरी निरनिराळ्या ग्रह आणि ता-यांच्या गुरुत्वाकर्षणाचा जोर (फोर्स) एकमेकांना आकर्षित करत असतो. या जोराचा प्रभाव अंतराच्या वर्गाच्या (स्क्वेअरच्या) व्यस्त प्रमाणात कमी होत जातो. म्हणजे अंतर दुप्पट झाले तर तो पावपट होतो आणि अंतर वाढून दहापट झाले तर तो जोर एक शंभरांश इतका कमी होतो. जमीनीवरून आकाशात उडवलेला अग्निबाण (रॉकेट) किंवा उपग्रह (सॅटेलाईट) पृथ्वीच्या जवळ असतांना पृथ्वीचे आकर्षण त्या उपग्रहाला तिच्याकडे खेचून घेत असते त्यामुळे तो पृथ्वीभोवती फिरत असतो आणि तो चंद्राच्या जवळ गेला तर चंद्राचे आकर्षण जास्त प्रभावी झाल्यामुळे तो उपग्रह चंद्राभोवती फिरू लागतो. त्यावेळी सुद्धा त्याच्यावर पृथ्वीचे आकर्षण काम करतच असते आणि त्याच्या प्रभावाखाली तो उपग्रहसुद्धा चंद्राच्या सोबतीने पृथ्वीभोवती देखील फिरत राहतो. या शिवाय ते सगळेच जण सूर्याच्या महाप्रचंड अशा गुरुत्वाकर्षणाच्या प्रभावाखाली असल्यामुळे वर्षातून एकदा ते सगळे एकत्रच सूर्यालाही एक प्रदक्षिणा घालत असतात. पण या आकर्षणामुळे जर ते सतत खेचले जात असतात तर एकमेकांवर जाऊन आदळत का नाहीत? असा प्रश्न पडणे साहजीक आहे.

जर सफरचंदाचे फळ झाडावरून सुटल्यावर पृथ्वीच्या आकर्षणामुळे खाली पडत असेल तर त्या पृथ्वीने चंद्रालाही आपल्याकडे आकर्षित करायला पाहिजे आणि तसे असेल तर तो सुद्धा जमीनीवर येऊन कोसळत का नाही? हा प्रश्न सर आयझॅक न्यूटनलाही पडला होता आणि यावर सखोल विचार करतांनाच त्याला गुरुत्वाकर्षणाच्या नियमांचे आकलन झाले होते. ते कसे तो थोडक्यात पाहू. पौर्णिमेचा पूर्ण चंद्रगोल आपल्याला स्पष्ट दिसतो. त्याच्यावर नेम धरून आपण एक दगड आकाशात भिरकावला तर तो आपल्या समोरच खाली येऊन पडतांना दिसेल, चंद्रावर नेम धरून एक मोठी तोफ डागली तर तिचा गोळा बराच दूर, बहुधा नजरेच्या टप्प्याच्या पलीकडे कुठे तरी जाऊन पडेल आणि आयसीबीएमसारखे एकादे मोठे रॉकेट उडवले तर ते सुद्धा काही हजार किलोमीटर अंतरावर गेल्यानंतर, पण खाली जमीनीवरच येऊन पडेल. यातल्या प्रत्येक वस्तूला गुरुत्वाकर्षणामुळे पृथ्वी स्वतःकडे खेचतच असते. त्यामुळे त्या वस्तूचा वरच्या दिशेने म्हणजे पृथ्वीपासून दूर जाण्याचा वेग कमी कमी होत जातो आणि तो शून्यापर्यंत पोचल्यानंतर ती वस्तू आणखी वर न जाता खाली यायला लागते. सुरुवातीचा वेग जितका जास्त असेल तितका जास्त वेळ त्या वस्तूला वर जाऊन खाली यायला लागेल. पण त्या वस्तूला मिळालेला जमीनीला समांतर जाण्याचा वेग कायम असल्यामुळे तेवढ्या वेळात ती वस्तू दूर दूर जाऊन खाली पडते. पण ती खाली येईपर्यंत पृथ्वीच्या गोलाच्याही पार जाईल इतक्या जास्त वेगाने ती सुरुवातीलाच भिरकावली गेली तर मात्र ती वस्तू पृथ्वीच्या भोवती फिरत राहील हे गणिताने सिद्ध करता येते असे न्यूटनने दाखवून दिले. चंद्रमा पृथ्वीवरून बाहेर भिरकावला गेला नसला तरी तो त्याच्या वेगाने आकाशात भ्रमण करत असतांना पृथ्वीच्या भोवती कसा फिरू लागतो हे खाली दिलेल्या चित्रावरून दिसते.

चित्रात दाखवलेल्या आकृतीमधला चंद्र एकाद्या क्षणी १ या जागी असला तर तो आडव्या सरळ रेषेत जाऊन एका सेकंदापर्यंत २ या जागी पोचेल, पण पृथ्वीने त्याला स्वतःकडे खेचल्यामुळे तो प्रत्यक्षात ३ या जागी जातो. तसेच त्या क्षणी तो बाणाने दर्शवलेल्या वाकड्या दिशेने पुढे जाऊ लागतो. अशाच प्रकारे दिशा बदलत जात तो पृथ्वीसभोवती फिरत राहतो. अखेरच्या चित्रात दाखवलेला उपग्रह जास्त वेगाने पुढे जात त्या चित्रातल्या २ या ठिकाणी जाऊ पाहतो, पण पृथ्वीच्या आकर्षणामुळे ३ या जागी येतो. पण या चित्रातली ३ ही जागा पृथ्वीच्या मध्यापासून १ च्या मानाने दूर आहे. अशा प्रकारे पुढे जात जात तो उपग्रह लंबगोलाकृती कक्षेत फिरत राहतो. हा उपग्रह १ पासून ३ वर जातांना पृथ्वीपासून दूर जातो, म्हणजे चढणीच्या मार्गावर असल्यामुळे त्याची गति कमी कमी होत जाते. काही काळानंतर तो उपग्रह पृथ्वीच्या जवळ येऊ लागतो आणि उताराला लागल्याप्रमाणे त्याचा वेग वाढत जातो. अशा प्रकारे लंबवर्तुळाकार कक्षेत फिरणा-या ग्रहांचा आणि उपग्रहांचा वेग कमी जास्त होत असतो. या उपग्रहाचा वेग वाढवला तर त्याची कक्षा जास्त लंबवर्तुळाकार होईल हे या चित्रावरून स्पष्ट होते. कृत्रिम उपग्रहांना ते फिरत असतांनाच रॉकेट इंजिनांद्वारे जास्त ऊर्जा दिली की त्यांची कक्षा मोठी होते. मुद्दा समजण्यासाठी ही चित्रे अशा प्रकारे काढली आहेत. यातली अंतरे स्केलनुसार नाहीत.

पृथ्वीवरून भिरकावल्या गेलेल्या वस्तूचा सुरुवातीचाच वेग वाढवत जाऊन दर सेकंदाला ११.२ किलोमीटर इतका म्हणजे पृथ्वीच्या जमीनीवरल्या एस्केप व्हेलॉसिटीपर्यंत नेला तर मात्र ती वस्तू पृथ्वीपासून दूर दूरच जात राहील आणि ती कधीच परत येणार नाही असा निष्कर्ष न्यूटनने गणितामधून काढला होता. पण प्रत्यक्षात असे करण्यात काही महत्वाचे अडथळे आहेत. इतका मोठा वेग कसा निर्माण करायचा हा तर मुख्य प्रश्न आहेच, गुरुत्वाकर्षणाने तिचा वेग कमी होत असतोच, त्याच्या बरोबर हवेचा विरोधही त्या वस्तूच्या उड्डाणाला अडथळा आणत असतो. पृथ्वीवरील वातावरणाबरोबर होणा-या घर्षणामुळे तिचा वेग कमी होत जातो. जितका वेग जास्त तितकेच हे घर्षणही जास्त असते, त्यामुळेही सुरुवातीला तो वेग भराभर कमी होत जातो. शिवाय हवेबरोबर होत असलेल्या घर्षणात खूप मोठ्या प्रमाणात ऊष्णता निर्माण होते आणि त्यात ती वस्तू जळून खाक होण्याची किंवा वितळून जाण्याची शक्यता असते. या सगळ्या कारणांमुळे अशा प्रकारे आकाशात दिसत असलेल्या चंद्राला पाहून त्या दिशेने खूप जास्त वेगाने निघून पृथ्वीपासून दूर जात थेट चंद्रापर्यंत पोचणे निदान सध्या तरी शक्य होणार नाही. मंगळ ग्रह तर चंद्रापेक्षासुद्धा खूप दूर असतो.

दर सेकंदाला सुमारे सात मैल (११.२ किलोमीटर) एवढ्या प्रचंड वेगाने तोफेचा गोळा आभाळात फेकला तर तो कधीच जमीनीवर परत येणार नाही असे गणित सर आयझॅक न्यूटन यांनी केले होते. त्याचे प्रात्यक्षिक करणे त्यांच्या काळात तर शक्य नव्हतेच, जमीनीवरून इतक्या वेगाने तोफेचा गोळा फेकणे किंवा साधे रॉकेट (अग्निबाण) उडवणे आजसुद्धा शक्य नाही. ही गोष्ट साध्य करण्यासाठी मल्टिस्टेज रॉकेट्स मात्र तयार केली गेली. त्यात अनेक रॉकेटांना जोडून त्यांचा समूह केलेला असतो. चार, तीन, दोन, एक अशी उलटी मोजणी (काउंटडाउन) संपताच अग्निबाणातल्या सर्वात मोठ्या त्याच्या पहिल्या टप्प्यावर (फर्स्ट स्टेज रॉकेटवर) ठिणगी पडून त्याचा भडका उठतो आणि धडाक्याने त्या रॉकेटचे लाँचिंग होते. त्याच्या उड्डाणाचा धक्का (प्रतिक्रिया) सहन करण्यासाठी अत्यंत मजबूत असे रॉकेट लाँचिंग पॅड तयार केलेले असते. आकाशात झेपावल्यानंतर ठराविक कालावधीने आणि ठराविक क्रमाने त्या रॉकेटचे पुढील टप्पे (स्टेजेस) एका पाठोपाठ एक पेटवून उडवले जातात. या अग्निबाणांची रचना अशी केलेली असते की प्रत्येक टप्प्याच्या वेळी त्याच्या विशिष्ट टप्प्याचा भाग सुटा होतो आणि त्या निरुपयोगी झालेल्या भागाला मागे ढकलून उरलेले रॉकेट पुढे जाते. कोणताही अग्निबाण एकदा उडवल्यानंतर जळून नष्ट होतो आणि त्याचे अवशेष अवकाशात फेकून दिले जातात. मोटार किंवा विमानाप्रमाणे एकाच अग्निबाणात पुन्हा पुन्हा नवे इंधन भरून त्याला अनेक वेळा वापरता येत नाही किंवा तो एकदा अयशस्वी झाला तर त्याची दुरुस्ती करून त्याचा उपयोग करता येत नाही. त्यामुळे त्याची रचना आणि निर्मिती अत्यंत अचूकच असावी लागते.

कृत्रिम उपग्रहांना अंतराळात घेऊन जाण्यासाठी सॅटेलाइट लाँच व्हेइकल्स नावाचे खास प्रकारचे अग्निबाण तयार केले जातात. त्यातही एसएलव्ही, पीएसएलव्ही, जीएसएलव्ही आदि निरनिराळे प्रकार असतात. कशा प्रकारचा केवढ्या आकाराचा उपग्रह अवकाशात सोडायचा आहे ते पाहून त्यानुसार योग्य त्या प्रकारचे यान तयार केले जाते. चंद्रयान किंवा मंगलयान अशा प्रकारच्या मोहिमांसाठी तयार केलेली याने तर जास्तच स्पेशल असतात. त्याचे अग्निबाण अनेक कप्प्यांनी मिळून तयार केले जातात आणि ते टप्प्याटप्प्याने उडवले जातात. अशा प्रकारे वेग वाढवत ते यान पृथ्वीपासून दूर जात राहते आणि तिला प्रदक्षिणा घालत राहते. या यानांमध्ये काही रॉकेट इंजिनेही असतात. जेट विमानांच्या इंजिनांप्रमाणे त्यांच्या चेंबरमध्ये इंधनाचे ज्वलन होऊन अतितप्त वायू तयार होतात आणि त्यांचा दाब (प्रेशर) खूप वाढतो. नॉझल्समधून त्यांचा झोत (जेट) विमानाच्या मागच्या दिशेने वेगाने बाहेर सोडला जात असतो त्यामुळे ते विमान पुढे जाते. विमानातल्या इंधनाच्या ज्वलनासाठी आजूबाजूची हवा पंख्याने आत ओढून घेतली जात असते, पण अवकाशात हवाच नसते. तिचा उपयोग करून घेण्याचा प्रश्नच उद्भवत नाही. यानांच्या रॉकेट इंजिनमध्ये इंधनाबरोबरच प्राणवायूचाही (ऑक्सीजनचा) पुरवठा केला जातो. त्यासाठी ऑक्सिडायजर केमिकल्सचा पुरेसा स्टॉकसुद्धा बरोबर नेला जातो.

दि.५ नोव्हेंबर रोजी म्हणजे भाऊबीजेच्या दिवशी दुपारी २ वाजून ३८ मिनिटांनी आंध्रमधील श्रीहरीकोटा या ठिकाणी बांधलेल्या खास लाँचिंग पॅडवरून मंगलयानाने यशस्वी उड्डाण केले. त्या दिवशी मंगळवारच होता हा योगायोग म्हणा किंवा कदाचित तसे ठरवून केले असेल. खरे तर हे उड्डाण याच्याही आधीच करायचे ठरले होते आणि भारतातल्या रॉकेट लाँचिंग स्टेशनमध्ये त्याची जय्यत तयारी झाली होती. पण पॅसिफिक महासागरात आलेल्या वादळामुळे तिथल्या भागातल्या काही ट्रॅकिंगच्या सोयी तयार नसल्यामुळे यानाच्या उड्डाणाचा मुहूर्त लांबणीवर टाकावा लागला. आकाशात झेप घेतल्यानंतर काही मिनिटांमध्येच रॉकेटच्या सगळ्या स्टेजेस एकामागून एक कार्यान्वित झाल्या आणि हे यान पृथ्वीभोवती प्रदक्षिणा घालू लागले. हे सगळे त्या दिवशी टेलिव्हिजनवर लाइव्ह टेलिकास्टमध्ये पहायला मिळाले. ते यान पृथ्वीभोवती फिरत असल्यामुळे त्याचे निरीक्षण जगातल्या इतर खंडांमधून किंवा महासागरांमधूनसुद्धा करावे लागते. त्यासाठी जगभर पसरलेल्या अनेक प्रयोगशाळा किंवा वेधशाळांचे सहाय्य घ्यावे लागते. अशा प्रकारे ही मोहीम जरी भारतीयांची असली तरी ती आंतरराष्ट्रीय सहकार्यानेच राबवली जाते.

मंगलयानाची पृथ्वीभोवती फिरत राहण्याची कक्षा वर्तुळाकार (सर्क्युलर) नाही. ती कमालीची लंबवर्तुळाकार (इलिप्टिकल) आहे. त्याने घातलेल्या पहिल्या दिवसातल्या प्रदक्षिणांमध्ये हे यान पृथ्वीच्या जवळ येतांना (perigee) २६४ किलोमीटरपर्यंत येत होते आणि दूर जाई तेंव्हा (apogee) सुमारे २३,९०० किलोमीटर इतके लांब जात होते. गेल्या दोन आठवड्यात त्याची ही कक्षा क्रमाक्रमाने वाढवत नेत गेली. आता हे यान जेंव्हा अॅपोजीवर असते तेंव्हा पृथ्वीपासून तब्बल १९२००० किंवा जवळ जवळ दोन लक्ष किलोमीटर्स इतक्या दूर जाते आणि जवळ येते तेंव्हा मात्र फक्त दोन अडीचशे किलोमीटर्सवरच असते. मंगळयानाच्या या निरनिराळ्या कक्षा सोयीसाठी एकाच चित्रात दाखवल्या आहेत. पण प्रत्यक्षात एका वेळी त्यातली एकच कक्षा असते. पहिल्या दिवशी म्हणजे ५ नोव्हेंबरला त्याची सर्वात लहान कक्षा होती आणि ती क्रमाक्रमाने वाढवत नेली गेली. तिच्यात आणखी वाढ होऊन ती १ डिसेंबरला सर्वात मोठी असेल. सोयीसाठी चित्रामध्ये त्यांचा आकार खूपच वाढवून दाखवला आहे. प्रत्यक्षात पाहता ग्रह आणि सूर्य यांच्यामधले अंतर काही कोटी किलोमीटर्स इतके असते आणि मंगलयान पृथ्वीपासून फार तर दोन लक्ष किलोमीटर्स एवढेच दूर जाणार आहे. स्केलमध्ये पाहिल्यास त्याच्या सगळ्या कक्षा फक्त एका ठिपक्यात येईल, पण त्यामुळे त्या दिसणारही नाहीत आणि समजणारही नाहीत.

आणखी काही दिवस हे यान असेच पृथ्वीभोवती फिरत राहणार आहे. १ डिसेंबरच्या सुमाराला हे मंगलयान पृथ्वीला प्रदक्षिणा घालणे सोडून मंगळाच्या दिशेने प्रयाण करणार आहे. गेले दोन आठवडे तेसुद्धा पृथ्वीच्या सोबतीने सूर्याभोवतीही फिरतच आहे आणि पुढेही फिरतच राहणार आहे. सूर्यावरून पाहिल्यास १ डिसेंबरच्या दिवशी मंगळ हा ग्रह त्याच्या सूर्यप्रदक्षिणेमध्ये पृथ्वीच्या बराच पुढे असेल. त्या दिवशी मंगळयानाला जास्त गति आणि वेगळी दिशा देऊन पृथ्वीपासून दूर लोटले जाणार आहे. त्यामुळे पृथ्वीची सू्र्याभोवती फिरण्याची गति अधिक त्या यानाची पृथ्वीभोवती फिरण्याची गति अधिक त्याला मिळालेली जास्तीची गति एवढा त्याचा एकूण वेग असेल. तसेच सूर्य आणि पृथ्वी या दोघांच्याही गुरुत्वाकर्षणाचा प्रभावही त्याच्यावर असेल. या सर्वांमधून त्याची स्वतःची एक वेगळी कक्षा तयार होत जाईल. ती चित्रात दाखवल्यासारखी असेल. चित्रावरून पाहता हे आपल्या लक्षात येईल की ही कक्षा बरीचशी पृथ्वीच्या कक्षेसारखीच आहे. शेतकरी ज्याप्रमाणे गोफणीत दगड ठेऊन तिला गरागरा फिरवतो आणि त्या दगडाला दूर फेकतो तसेच काहीसे मंगलयानाच्या बाबतीत पृथ्वीकडून केले जाणार आहे असे म्हणता येईल. त्याला मिळणारी मुख्य गति पृथ्वीपासूनच मिळणार आहे. त्यात स्वतःची थोडी भर घालून ते यान मंगळाकडे जाणार आहे.

हे यान पृथ्वीपासून जसजसे दूर दूर जाईल तसतसा पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणाचा त्याच्यावरचा प्रभाव कमी कमी होत जाऊन मंगलयानसुद्धा पृथ्वी किंवा मंगळ ग्रह यांच्याप्रमाणे फक्त सूर्याभोवती फिरणारा एक पिटुकला ग्रह होऊन जाईल. मंगळाची कक्षा पृथ्वीहून मोठी आणि गति कमी असल्यामुळे आणखी चार पाच महिन्यांनी पृथ्वी मंगळाला गाठेल म्हणजे हे दोन ग्रह एकमेकांच्या सर्वात जवळ येतील. त्यावेळी मंगळयान मध्येच कुठेतरी पण दोन्ही ग्रहांच्या थोडे मागे असेल. त्यानंतर पृथ्वी मंगळ ग्रहाच्या पुढे पुढे जात राहील आणि पृथ्वीवरून पाहतांना आपल्याला मंगळ ग्रह वक्री होऊन मागे जातांना दिसेल. त्यावेळी मंगळयानसुद्धा मंगळ ग्रहाच्या तुलनेत मागे असले तरी ते जास्त वेगाने पुढे जात असेल.

सप्टेंबर २०१४ मध्ये पृथ्वीने तिच्या प्रदक्षिणेचा पाऊण हिस्सा पूर्ण केलेला असेल आणि ती चित्रात दाखवलेल्या जागी असेल तर मंगळ ग्रहाने अजून अर्धी प्रदक्षिणासुद्धा संपवली नसल्याने तो चित्रात दाखवलेल्या ठिकाणी पृथ्वीच्या बराच मागे असेल. त्याच वेळी मंगलयान आणि मेव्हन हे पृथ्वीवरून पाठवलेले पाहुणे मंगळ ग्रहाच्या जवळ जाऊन त्याला गाठतील. मंगळाच्या जवळ पोचल्यानंतर त्यांच्या इंजिनांचा उपयोग करून त्यांचा वेग थोडा कमी केला जाईल, तसेच त्यांना योग्य त्या दिशा देऊन मंगळग्रहाच्या गुरुत्वाकर्षणाच्या टप्प्यात नेऊन सोडण्यात येईल. त्यानंतर ते मंगळ ग्रहाचे उपग्रह होऊन त्याला घिरट्या घालू लागतील. त्याचे फोटो काढतील, त्या ग्रहावर कोणकोणती मूलद्रव्ये आहेत, किती पाणी, बर्फ किंवा वाफ आहे, मिथेन वायू आहे का वगैरेंचा जास्त कसोशीने तपास लावण्याचा प्रयत्न करणार आहेत. यासंबंधी आतापर्यंत जी माहिती मिळालेली आहे ती पडताळून पाहून जास्त सखोल अभ्यास करता येण्यासाठी सामुग्री मिळवणार आहेत. हे सगळे आता ठरलेले प्लॅन आहेत. त्यातले किती प्रत्यक्षात उतरतात हे काळच ठरवेल.

. . . . . . . . . .. . . . (समाप्त)